Ventile im Heiskreisverteiler lassen sich nicht genau genug steuern

[dreadnod]

Hallo liebes Forum!

Ich habe bei mir das Problem, dass meine FBH ziemlich stark schwingt. Kam mir bisher nie wirklich störend vor. Aber nachdem ich jetzt die ganze Zeit im Home-Office arbeiten muss, ist es mir jetzt schon deutlich aufgefallen 😉

Hintergrund zum Problem:
Ein hydraulischer Abgleich wurde vor 3 Jahren nach Fertigstellung der Heizung (zumindest grob) gemacht. Aber mittlerweile haben sich die Wärmeprofile der Räume geändert (nicht genutzte Räume werden weniger beheizt etc). Da alle meine Räume mit RTR ausgestattet sind, fahren hier entsprechend die Ventile zu. Dadurch stimmt wiederum der urspüngliche hydraulische Abgleich nicht mehr und die RTR für die anderen Räume müssen auch eingreifen. Und dadurch fängt die ganze FBH zum schwingen an.

So, ich habe nun mal versucht herauszunfinden, warum dem so ist. Ich verwende Thermoelektrische Stellantriebe zusammen mit den MDT Heizungsaktoren. Gesteuert wird im PWM Verfahren. Damit kann der MDT Aktor die Stellantriebe eigentlich realtiv genau steuern.
Theoretisch sollte also der MDT Aktor die Räume, die zu viel Energie bekommen einfach nur leicht eindrosseln, damit alles wieder passt. In der Realität funktioniert das allerdings nicht. Denn scheinbar arbeiten die Ventile (nicht die Stellantriebe!) im Heizkreisverteiler viel zu ungenau bzw. viel zu "binär". Bis ca. 20% Hub sind diese komplett geschlossen. Und bei 23% Hub dann schon komplett geöffnet. Damit kann natürlich der MDT Aktor nie wirklich sauber regeln.

Meine Frage also: Ist das ein bekanntes Problem? Kann man etwas dagegen tun? Gibt es evtl. andere Ventile für den Heizkreisverteiler, die etwas genauer anzusteuern sind?

Schöne Grüße
Michi

[Gast1961]

Und dadurch fängt die ganze FBH zum schwingen an.

Ein dauerhaftes Schwingen im regelungstechnischen Sinn? Oder doch nur ein Überschwinger beim Einregeln? Hast du eventuell ein Diagramm, um das einschätzen zu können?

Denn scheinbar arbeiten die Ventile (nicht die Stellantriebe!) im Heizkreisverteiler viel zu ungenau bzw. viel zu "binär". Bis ca. 20% Hub sind diese komplett geschlossen. Und bei 23% Hub dann schon komplett geöffnet. Damit kann natürlich der MDT Aktor nie wirklich sauber regeln.

Das klingt seltsam, hast du vielleicht nur zum falschen Zeitpunkt hingeschaut? Bei der PWM-Ansteuerung wechseln die Ventile zyklisch zwischen "ganz offen" und ganz geschlossen", das ist so gewollt. Tyischer PWM-Zyklus ist 10 Minuten, bei 25% Stellwert ist das Ventil dann 2,5 Minuten geöffnet und 7,5 Minuten geschlossen. Der Zeitanteil beider Zustände regelt die Heizleistung.

Zeig mal deine Einstellungen.

[dreadnod]

Gut das wir darüber gesprochen haben. Ich glaube ich habe meinen Denkfehler schon gefunden. 🙈

Anbei erstmal noch das Diagramm eines Raumes. Ignorier mal die letzten zwei Tage. Stelle gerade die Heizkurve neu ein (war viel zu hoch auf 45 Grad eingestellt).

Bei mir ist der PWM Zyklus auf 1 Minute eingestellt (die Thermoelektrischen Antriebe haben eine Verstellzeit von ca. 4 Minuten). Meine Denkweise war eben, dass sich dadurch der Hub des Antriebes relativ genau regeln lässt (was in der Tat auch sehr gut funktioniert!). Was ich also als Beispiel gerne gehabt hätte: Regler auf 50% -> Hub des Stellantriebs auf 50% -> Ventil 50% offen.
Das scheint aber wohl nicht zu gehen, weil die Ventile nur auf oder zu können. Dein Ansatz ist natürlich dann vollkommen richtig. Nicht den Hub des Antriebs über PWM steuern, sondern die komplette Heizungsfläche. Das sollte in der Tat deutlich besser funktioniert.

Nur noch als Hintergrund, warum ich das eigentlich anders haben wollte: Mir widerstrebt die Vorstellung, dass es durch diese Einstellung ja immer wieder zu Konstellationen kommen kann, in denen gerade alle Ventile zu sind. Dementsprechend muss dann der Brenner permanent nachregulieren oder fängt sogar an zu Takten. Mir wäre es lieber gewesen, wenn der Volumenstrom durch den Brenner relativ konstant ist.
Aber wahrscheinlich ist das in der Praxis eher weniger ein Problem. Ich hab 16 Kanäle. Die Wahrscheinlichkeit, dass mal alle gleichzeitig zu sind, ist wohl eher gering.

[dreadnod]

Gott sei Dank bin ich kein vollkommener Idiot. Habe jetzt auch herausgefunden, warum ich das damals so eingestellt habe. Beide Verfahren (also deine und meine Methode) Beschreibt auch MDT in der Bedienungsanleitung:

https://www.mdt.de/download/MDT_THB_...gsaktor_02.pdf (Seite 33+)

Allerdings steht auch ganz unten, dass das Verfahren mit der kurzen Zykluszeit eher für schnell reagierende Heizungen (also Wandheizkörper) ist. Ups. 😬

[Gast1961]

Ja, der berühmte schwebende Betrieb ... wird hier gerne diskutiert, hat in der Praxis ein Problem die Stellwerte stabil zu halten, siehe hier.

Es wird vermutlich ungewollt ein schaltender Betrieb draus, wo das Ventil jeweils gegen einen Endpunkte driftet. Das kippt dann irgendwann und läuft gegen den anderen Anschlag, wenn die Abweichung zu groß wird und der Stellwert sich stark ändert. Das würde mMn auch zu deinem Diagramm passen.

Das andere Problem ist, wie du richtig festgestellt hast, daß man auch den Hub der Ventile und die nichtlineare Kennlinie Volumenstrom vs. Ventilstössel-Position berücksichtigen müsste. Die PWM vermeidet zumindest diese Ventilabhängigkeiten.

Um zu vermeiden daß am Ende einer PWM-Periode alle Kanäle zeitgleich geschlossen sind habe ich unterschiedliche PWM-Zeiten für die Kanäle gewählt, so daß es zeitlich versetzt ist.

[rosebud]

Leute mit Erfahrung sind bei den selbsternannten Regelungsexperten nicht gern gesehen. Nur soviel von mir: Mit den bei MDT einstellbaren PID-Parametern (P-Band maximal 8 K) ist kein stabiler Heizungsbetrieb machbar und wenn das Ventil längere Zeit am Anschlag geöffnet ist, wurde der Regelkreis hydraulisch zu sehr abgewürgt. Zu den schwebenden Ventilen habe ich anderswo genug geschrieben und wurde noch mehr verbal verprügelt.

[Gast1961]

Leute mit Erfahrung

Ja, wenn die individuelle Erfahrung in völligem Gegensatz zu Theorie & Praxis im Rest der Welt steht.

Dass du einem PI-Regler zum reinen I-Regler kastrierst, indem du absurd hohe Werte für P einstellst, das hast in jedem Thread hier wiederholt. Das hat jetzt wirklich jeder mitbekommen.

[EML]

Stelle gerade die Heizkurve neu ein (war viel zu hoch auf 45 Grad eingestellt).

Wenn die Vorlauftemperatur zu hoch ist hat der Stellantrieb nur noch einen sehr kleinen Regelbereich und neigt eher zum schwingen.
Bei einer niedrigeren Vorlauftemperatur ist der Regelbereich viel größer und kann daher viel konstanter geregelt werden.

Nicht den Hub des Antriebs über PWM steuern, sondern die komplette Heizungsfläche. Das sollte in der Tat deutlich besser funktioniert.

Genau das sagt die Erfahrung

[rosebud]

Sehr geehrter Herr Volker, wenn Sie in der Theorie mitreden wollen, dann liefern Sie zuerst mal ein Ingenieurdiplom ab in Elektrotechnik. Für die praktische Erfahrung programmieren Sie mehrere Jahrzehnte lang Steuerungen für RLT-Anlagen, möglichst noch mit 30% Energieeinsparung gegenüber der vorherigen Programmierung (die andere Leute gemacht haben).
Eine Heizung, die Stunden braucht zum Reagieren (weil u.a. ein hydraulischer Abgleicher sie abgewürgt hat), per P zu steuern, ist ein Beispiel dafür, daß man weit weg war, als der gesunde Menschenverstand verteilt wurde.

[trollvottel]

rosebud Keine Ahnung was Du unter "Hydraulischer Abgleich" verstehst und warum da irgendwas abgewürgt werden soll. Ich verstehe darunter die gleichmäßige Einstellung aller Ventile der Heizkreise, sodass überall ein gleichmäßig verteilter Durchfluß vorherrscht. Es also keine "toten" bzw. kalten Heizkreise gibt, die nie richtig durchströmt werden, während andere überhitzen. Das ist das Gegenteil von Abwürgen und Grundvoraussetzung, um überhaupt die Einzelräume vernünftig regeln zu können.. Aber sei ruhig stolz auf Deine Leistungen, keine Frage!

Wenn dann die Einzelraumregelung in Summe alle Heizkreise zudreht, dann kann man von "abgewürgt" sprechen. Für diesen Fall gibt es das Überströmventil, damit zumindest nix kaputt geht. Wenn dann die Heizung bzw. der Kessel immer noch der Meinung ist, er müsse ständig weiterlaufen, passt die Heizkurve eben nicht zur Realität.

[Gast1961]

Sehr geehrter Herr Volker, wenn Sie in der Theorie mitreden wollen, dann liefern Sie zuerst mal ein Ingenieurdiplom ab in Elektrotechnik.

Berthold, ich habe Diplom und Dr-Ing in der Elektrotechnik. Die Diskussion um formale Qualifikation hattest du doch bereits früher geführt.
Und in der Regelungstechnikvorlesung war ich auch, als PI-Regler gelehrt wurden. Das ist die Vorlesung, wo du irgendwas falsch verstanden hast.

Für die praktische Erfahrung programmieren Sie mehrere Jahrzehnte lang Steuerungen für RLT-Anlagen

Es ist erstaunlich, wie manche Leute die Dinge ein Leben lang falsch machen, weil sie in der Vorlesung geschlafen haben. Die basteln sich dann sonderbare Workarounds, so wie du es hier auch immer beschreibst.

Eine Heizung, die Stunden braucht zum Reagieren, per P zu steuern, ist ein Beispiel dafür, daß man weit weg war, als der gesunde Menschenverstand verteilt wurde.

Ja, wer wer könnte bei hohen Temperaturdifferenzen (P-Anteil) auf die Idee kommen, die Heizleistung zu erhöhen. Da warten wir lieber noch stundenlang, bis der I-Anteil langsam hochläuft. Supergenial, du hast wirklich alles im Griff.

[rosebud]

Sehr geehrter Herr Dr.-Ing. Volker, wenn ich eine Regelung baue, dann schau ich zuallererst darauf, daß sie stabil ist. Wenn allerdings das Stellorgan (daran sieht man es viel besser als an der T°, die z.B. geregelt wird), dauernd auf und zu rennt, stimmt etwas nicht und sie ist nicht brauchbar. Dann schaue ich nach der Periodendauer der Schwingung und setze Zahlen ein, wie sie z.B. von Ziegler und Nichols empfohlen wurden. Reicht das immer noch nicht, bohre ich das P-Band auf.
Vorgehensweisen dieser Art sind weltweit anerkannt und Stand der Wissenschaft. Von hydraulischem Abwürgen als Beitrag zur Stabilisierung habe ich bisher nichts gefunden.

[Gast1961]

dann schau ich zuallererst darauf, daß sie stabil ist. Wenn allerdings das Stellorgan, dauernd auf und zu rennt, stimmt etwas nicht und sie ist nicht brauchbar.

Ja. Aber bei deiner genannten sehr trägen Regelstrecke kann ein "dauerndes auf und zurennen", also eine schnelle Änderung der Ventilstellung, nun wirklich nicht vom P-Anteil stammen. Denn der müsste erstmal über die Regelstrecke hinweg die Temperatur ändern bevor sich ein P-Anteil auswirkt, und die Regelstrecke ist nach deiner Beschreibung sehr langsam während dein Ventil sich schnell bewegt.

Merkst du was? Deine ganze Argumentation passt hinten und vorne nicht zusammen. Da sind die einzelnen Beobachtungen zu einer falschen Theorie versponnen.

[rosebud]

Hallo Herr Dr.-Ing. Volker, damit wir von derselben Problematik reden: Geht es um

- einen thermischen Ventilantrieb, der wegen eines PWM-Zyklus mit einer Periodizität jenseits der Öffnungs- und Schließzeit des Antriebs immer unterwegs ist

oder

- um einen Ventilantrieb mit 0..10V-Steuerung bzw. einen "schwebenden" thermischen Ventilantrieb, der mit einer sehr kleinen PWM-Zykluszeit (viel kleiner als die Öffnungs- und Schließzeit des Antriebs) angesteuert wird, so daß er aufgrund seiner thermischen Trägheit auf Zwischenstellungen verharrt?

Ist letzteres der Fall, dann kann man sich mit der Stabilisierung des Regelkreises anhand der PID-Parameter befassen. Ansonsten muß man akzeptieren, daß schaltende Regler nie punktuell stabil sind, sondern nur über einen Zeitraum gemittelt. Sowas kennt man vom heimischen Bügeleisen.

[Gast1961]

Du musst mir nicht PWM erklären. Es war dein Beispiel in #12.